近年来，在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题，本论文分析了中点电压不平衡的根本原因，采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合，通过调整小矢量的冗余状态和作用时间，并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响，动态调整两个电容器上的电压，同时，详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略，作了深入分析，得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量，对调制特性的优劣进行了比较，同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系，并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计，采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数，并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析，详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后，把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中，研制了690V/600kW的大功率中压变频器，给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好，性能满足要求。
上传时间： 2013-08-04
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本文以滤波技术飞速发展，小波滤波优越性的凸现，以及虚拟仪器的易操作等良好特性为背景，以简单易行和滤波效果良好为研究目的，展开本文信号滤波处理的研究工作。 在深入研究三种小波滤波方法原理和优缺点的基础上，本文提出了一种新的优化滤波方法，包括以下三个方面： 首先，将静态小波变换(SWT)应用于滤波处理。利用SWT的平移不变性和冗余性来进行含噪信号的分解，这样不仅弥补了正交小波变换的不足，而且提高了滤波性能。 然后，提出了基于空域相关的优化阈值函数滤波算法。该算法把小波系数间的相关性应用于阈值滤波。它是在构造出基于空域相关的显著性函数和基于显著性函数的阈值滤波过程的基础上，提出了基于空域相关的优化阈值函数，并且把极小化广义交叉验证(GCV)得到均方差(MSE)意义下的最优阈值作用于该优化阈值函数。该滤波算法不仅实现了噪声的有效去除，而且信号的重要特征也保留完好； 最后，引入了新型锁相环--正交锁相环(QPLL)。鉴于QPLL不仅具有锁定范围宽、入锁速度快、锁定后精度高的性能，而且还具有良好的抑制谐波、噪声的能力，以及对波形畸变不敏感等良好特性，所以QPLL的引入达到了信号锁定和优化滤波的目的，使优化滤波方法的设计更具新意，而且取得了更好的滤波效果。 为了验证优化滤波方法，本文搭建了实验平台，它是由FPGA信号采集部分和LabVIEW软件滤波处理两个部分构成。通过传感器采集信号，经过A/D转换后送入FPGA。以FPGA为CPU控制A/D转换，并进行波形数据缓存，在接收到LabVIEW的命令后，将存储的数据送给串口。在LabVIEW中，从串口检测所需的波形数据，然后通过优化滤波方法将数据进行滤波处理，最后在前面板中把实验结果显示出来。 实验结果表明，该优化滤波方法不仅能实现优良的滤波功能，而且简单易行，是一种有效的滤波方法。
上传时间： 2013-07-20
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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的，但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器，使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内，这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向，只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链，这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型，即电压-转速模型，然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现，在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题，本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型，对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中，详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型，设计了定子磁链估计的加权模型，使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题，本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中，通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化，解决了转矩脉动过大的问题；在一个采样周期内，从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次，实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中，本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器；运用空间矢量脉宽调制技术，实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中，对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统，对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统，本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证，并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形，本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统，依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间： 2013-04-24
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在能源枯竭及环境污染问题日益严重的今天，光伏发电是未来可再生能源应用的一种重要方法。本文以光伏逆变技术为研究对象，对光伏系统最大功率点跟踪方法、光伏智能充电控制策略、光伏并网系统拓扑结构与控制方法、光伏并网与有源滤波统一控制方法等问题进行了深入研究。 在扰动观测法的基础上，提出了一种直接电流控制最大功率点跟踪方法，通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制，简化控制算法，同时省去了扰动观测法中的电压和电流传感器，降低系统成本。 研究了一种实用的光伏系统蓄电池充电控制策略，将最大功率点跟踪与智能充电控制有机结合在一起，充分利用光伏电池的输出功率，缩短充电时间，提高充电效率；研究了一种全数字式逆变器，通过电压有效值外环和瞬时值内环的双闭环控制，既能保证系统输出电压的稳态精度，又能保证瞬变负载条件下的动态特性。研制了一套3kW光伏独立发电系统并进行了实验验证。 针对住宅型光伏并网逆变器体积小、性能价格比高的要求，研究了一种基于导抗变换器的并网逆变器拓扑结构，相比于传统电流型逆变器，本拓扑省去了笨重的电抗器，同时利用高频变压器进行能量传递和电气隔离，进一步降低了系统损耗和体积，降低系统成本。 经研究发现，由于导抗变换器的固有特性，采用传统的SPWM调制方法将导致并网逆变器输出平顶饱和的非正弦电流，造成对电网的谐波污染，提出了一种新型改进调制模式。该方法可以实现高功率因数、低谐波并网发电。根据上述理论分析，研制了一台3kW单相光伏并网逆变器，实验结果验证了理论分析的正确性。 研究了一种三相电流型并网逆变器拓扑结构及其控制方法，采用改进调制模式对其进行控制，在谐波抑制方面取得了满意的效果。提出的三相并网逆变方案，相比于传统三相并网逆变器，具有如下显著优点：系统中任意一相都是一个独立的子系统，不受其它相影响，即使在某一相或某两相损坏的情况下，剩余相也能正常运行，增加了系统的冗余性；在三相电网不平衡情况下，本方法也能提供稳定的三相电流，增加系统抗电网波动能力。初看起来本方案使用的导抗变换器和变压器有3套，但是每相承受的功率容量只有系统总功率的三分之一，这样可以选用较小容量的器件，有利于高频电感和变压器的制作和生产。提出了一种基于导抗变换器的三相电流型逆变器实现方案，利用导抗变换器将输入直流电压变换为高频正弦电流，经高频变压器隔离及电流等级变换后进行裂相调制，输出为三相正弦电流。该方法不仅省去了传统电流型逆变器直流侧电抗器，而且采用高频变换进行功率传输，减小了隔离变压器及输出滤波器的体积，有利于装置的小型化和降低成本。 针对光伏电池输出电压较低的问题，研究了一种单级式三相升压型并网逆变器，通过一级变换同时实现升压和DC/AC变换功能，并且提出了一种基于DSP芯片的控制策略，本方法仅用一个电压传感器就能替代原先的三个电压传感器：每个载波周期短路相只进行一次开关动作，同时任何时刻只有2个开关管导通，可有效降低系统的开关损耗和导通损耗；由于采用DSP控制，具有控制灵活、稳定性高、成本低、并网电能质量好，便于功率调节等优点。 提出了一种光伏并网与有源滤波兼用的统一控制策略，在同一套装置上既实现光伏并网发电，又实现谐波补偿，克服目前的光伏发电装置白天发电、夜间停机的不足，提高系统利用率。详细分析了无功电流和谐波电流的检测方法、光伏并网发电有功指令电流的生成方法及电流环控制器和电压环控制器的设计方法，并对光伏并网发电与有源滤波统一控制模式和单一有源滤波模式进行了讨论，仿真和实验结果验证了所提出的系统结构及控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-08-04
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工业X-CT（X-ray Computed Tomography）无损检测技术是以不损伤或者破坏被检测对象的一种高新检测技术，被誉为最佳的无损检测手段，在无损检测领域日益受到人们的青睐。近年来，各国都在投入大量的人力、物力对其进行研究与开发。 目前，工业CT主要采用第二代和第三代扫描方式。在工业CT第三代扫描方式中，扫描系统仅作“旋转”运动，控制系统比较简单。对此，我国已取得了可喜的成绩。然而，对工业CT系统中的二代扫描运动控制系统，即针对“平移+旋转”运动的控制系统的研究，我国已有采用，但与发达国家相比，还存在较大的差距。二代扫描方式与其它扫描方式相比，具有对被检物的尺寸没有要求，且能够对感兴趣的检测区域进行局部扫描的独特优点。同时X光源的射线出束角较小（一般小于20°），因此在工业X-CT系统主要采用二代扫描运动控制。有鉴于此，本论文结合有关科研项目，开展了工业X-CT二代扫描控制系统的研究。 论文首先介绍了工业X-CT系统的工作原理和各种扫描运动控制方式的特点，阐述了开展二代扫描控制的研究目的和意义。其次，根据二代扫描控制的特点，提出了“在优先满足工业X-CT二代扫描控制的基础上，力求实现对工业X-CT扫描运动的通用控制，使其能同时支持一、三代扫描方式”的设计思想。据此，研究确立了基于单片机AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的运动控制架构，以实现二代扫描控制系统的设计方案。论文详细介绍了可编程逻辑器件FPGA的工作原理和开发流程，并对其相关开发环境QuartusII4.1作了阐述。结合运动控制系统的硬件设计，详细介绍了各功能模块的具体设计过程，给出了相关的设计原理框图和实际运行波形。并制作了相应的PCB板，调试了整个硬件控制系统。最后，论文还详细研究了利用VisualC++6.0来完成上位机控制软件的设计，给出了运动控制主界面及扫描运动控制功能软件设计的流程图。 论文对整个运动控制系统采用的经济型的开环控制技术所带来的不利影响，分析研究了增加步进电机的细分数以提高扫描精度的可能性，并对所研究的控制系统在调试过程中出现的一些问题及解决方案作了简要的分析，提出了一些完善方法。
上传时间： 2013-04-24
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在信息化发展的当前，音视频等多媒体作为信息的载体，在社会生活的各个领域，起着越来越重要的作用。数字视频的海量性成为阻碍其应用的的瓶颈之一。在这种情况下，H．264作为新一代的视频压缩标准，以其高性能的压缩效率，成为备受关注的焦点和研究问题。H．264通过运动估计/运动补偿（MP/MC）消除视频时间冗余，对差值图像进行离散余弦变换（DCT）消除空间冗余，对量化后的系数进行可变长编码（VLC）消除统计冗余，获得了极高的压缩效率。随着嵌入式处理器性能的逐渐提升和3G网络即将商用的推动，H．264以其优秀的压缩性能，无论是无线信道传输方面，还是存储容量有限的嵌入式设备都具有广阔的应用前景。 但H．264在提升压缩性能的同时付出的代价是算法复杂度的成倍增加，实际应用中人们对视频解码的实时性要求严格，已出现的对应算法代码多基于PC通用处理器实现，而嵌入式设备的主频和处理能力仍然相对有限，存储容量相对较小，总线速率相对偏低，因此必须对标准对应算法进行优化移植，才能满足实际应用的需求。 本文在对H．264标准及其新特性进行详细介绍后，重点研究了在解码端如何针对解码耗时较多的模块进行改进，然后将算法移植到ARM平台，并针对平台特点作出相应优化，最后完成解码图象显示，并给出了测试结果。本文主要完成的工作如下： 详细分析了H．264的参考软件JM中解码流程，并利用测试工具分析了各模块耗时，针对耗时较多的模块如插值运算及去块滤波模块，提出了对应的改进算法并在H．264的参考软件JM86上进行了实现，PC测试实验证明了算法改进的优越性和运算优化的可行性。最后针对ARM平台，在对程序结构和对应代码进行优化之后，将其移植到WINCE系统之下，同时给出了WINCE平台解码后图象加速显示方法，并对最终测试结果与性能做出了评价。
上传时间： 2013-06-04
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减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统，目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性，增加船舶使用寿命，改善设备与人员的工作条件，提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性，经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，便可对PID参数实现自整定。另外，浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分，本论文也对其设计进行了研究，提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法，弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器，解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序。 研究结果表明：开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-07-10
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电动助力转向系统(EPS)是集节能、环保、安全为一体的前沿技术，是未来车辆转向系统的发展方向。本文研究了电动助力转向系统的构成和工作原理，自主研发设计了一套电动助力转向控制系统，并进行实车试验。 控制系统中采用了基于ARM7TDMI—S内核的高性能芯片LPC2131芯片(EasyARM2131开发板)进行控制器设计，分析和选择了系统的控制策略，完成了控制器的硬件和软件设计。系统的控制策略中采用了折线改进型助力曲线助力方式和模糊与数字PID相结合的控制方法，并进行相关补偿控制的分析；硬件设计过程中采用了抗干扰技术进行优化设计，完成了信号采集和处理电路、电机驱动电路、电源电路以及故障诊断等电路设计；软件设计采用了结构化的没计思想，完成了包括控制系统主程序、A/D采集子程序、车速和发动机信号的采集子程序、电机PWM控制驱动子程序以及故障诊断和信息显示子程序的设计，并在扭矩信号处理程序中应用容错技术进行了软件冗余优化设计。 本文对自主开发设计的EPS控制系统进行了实车试验和结果分析，试验结果表明，本文所设计的基于ARM的汽车电动助力转向控制系统在转向轻便性、稳定性和可靠性等方面性能良好，完全满足设计要求。
上传时间： 2013-07-21
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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